A funkcionális képalkotás kóros validálása fej-nyaki laphámsejtes karcinómában

HÁTTÉR ÉS BEÁLLÍTÁSOK

1.1. BEVEZETÉS

Az egyidejű (kemo-) sugárterápia (CRT) a lokálisan előrehaladott fej-nyaki laphámsejtes karcinómában (HNSCC) szenvedő betegek ellátásának jelenlegi standardja. A fontos funkcionális struktúrák közelsége a daganathoz rendkívül bonyolulttá teszi a kezelést. A kezeléssel összefüggő toxicitás súlyos lehet, xerostomiával és dysphagiával, ami súlyosan megnehezíti a beteg életminőségét. A megváltozott frakcionálási ütemterv és/vagy az egyidejű kemoterápia alkalmazása jelentős javulást eredményezett a loko-regionális kontrollban, ami az általános túlélés jelentős javulásához vezetett. Bár a lokálisan előrehaladott HNSCC miatt RT-vel kezelt betegek prognózisa folyamatosan javul, továbbra is nagy a lokoregionális kudarcok száma.

Erősen konformális sugárterápia alkalmazásával a vizsgálók növelhetik a terápiás indexet azáltal, hogy magasabb dózisokat adnak a daganat sugárzásnak ellenállóbb részeire, miközben fenntartják vagy akár csökkentik a környező szövetek dózisát. A funkcionális képalkotás segítségével meghatározhatjuk ezeket a sugárrezisztens résztérfogatokat, és a jövőben jobban körülhatárolhatjuk a bruttó tumortérfogatot (GTV). A pozitronemissziós tomográfia (PET), a diffúziós súlyozott mágneses rezonancia képalkotás (DWI) és a dinamikus kontrasztos MRI (DCE-MRI) további betekintést nyújthat a daganat mögött meghúzódó biológiai és mikroszerkezeti jellemzőkbe. Jelenleg azonban a kutatók nem tudják, hogyan értelmezzék az ezekből a funkcionális képalkotó módszerekből nyert különböző képalkotó paramétereket. Ezért a kutatók a képalkotó paramétereket össze kívánják hozni a daganat patológiás jellemzőivel. Másrészt a kutatók a funkcionális képalkotó modalitásokon definiált GTV-t szeretnék összefüggésbe hozni a patológiás GTV-vel, és meg akarják vizsgálni, hogy ezek a modalitások segíthetnek-e a jövőben a GTV pontosabb körülhatárolásában.

1.2. KÉPELÉSI MODALITÁSOK

1.2.1. FDG-pozitronemissziós tomográfia (FDG-PET)

A megnövekedett glükóz-anyagcsere számos rosszindulatú daganat alapvető jellemzője, beleértve a HNSCC-t is. A radioaktívan jelölt 2'-fluorodezoxi-glükóz (18F-FDG) injekció beadása után végzett pozitronemissziós tomográfia (PET) segíthet mérni és számszerűsíteni ezt a daganatokban zajló metabolizmust a standardizált felvételi érték (SUV) segítségével. Számos tanulmány korrelálta a kezelés előtti magas SUV-t a HNSCC szignifikánsan rosszabb kimenetelével. Továbbá úgy tűnik, hogy a legtöbb helyi kiújulás az FDG-PET által meghatározott GTV-n belül fordul elő. Ennek molekuláris alapja nem teljesen ismert.

A szaporodó daganatsejtek nagy sebességgel fogyasztják a glükózt, és laktátot bocsátanak ki, nem pedig CO2-t. Így kihagyják a glükóz mitokondriumok által vezérelt oxidatív foszforilációját az ATP termelésből (=Warburg-hatás). Számos molekuláris paramétert társítottak ehhez a glikolitikus váltáshoz, mint például a hipoxia által kiváltott HIF1α aktiválása és a GLUT glükóz transzport fehérjék fokozott jelenléte. Eddig nem találtak egyértelmű összefüggést a hipoxia jelenléte és az FDG-felvétel között.

1.2.2. Diffúziós súlyozott mágneses rezonancia képalkotás (DWI)

A diffúziós súlyozott mágneses rezonancia képalkotás (DWI) képes jellemezni a szöveteket a vízmolekulák véletlenszerű elmozdulása alapján. A biológiai szövetekben ezt az elmozdulást a mögöttes szövetspecifikus gátak korlátozzák, és ez a különbség számszerűsíthető és láthatóvá tehető a látszólagos diffúziós együttható (ADC) értékeivel. A központunkban 165 HNSCC-ben szenvedő beteg bevonásával végzett vizsgálat kimutatta, hogy a kezelés előtti ADC-érték erős és független prognosztikai tényező a kimenetel tekintetében. A magas ADC értékű betegek rosszabbul reagálnak az ionizáló sugárzásra, mint az alacsonyabb ADC értékű betegek. Jelenleg nincs egyértelmű magyarázat, hogy a nagyobb sejtsűrűségű daganatok miért sugárérzékenyebbek, mint az alacsony sűrűségűek. Számos mikroszkopikus jellemző befolyásolja a víz diffúzióját a szövetben (nekrózis jelenléte, sejtsűrűség, gyulladás, sejtmembránok integritása). Ezek közül sok a daganatok radio- és kemoszenzitivitását is befolyásolja.

1.2.3. Dinamikus kontraszttal javított mágneses rezonancia képalkotás (DCE-MRI)

A dinamikus kontrasztos MRI (DCE-MRI) egy nem invazív képalkotó módszer, amelyet a szövetek vaszkuláris tulajdonságainak jellemzésére fejlesztettek ki és értékeltek. Az ionizáló sugárzás hatékonyságához elengedhetetlen a megfelelő oxigénellátás. A tumor angiogenezis azonban távolról sem tökéletes, és az újonnan képződött erek permeabilitást, kanyargósságot és általában gyenge funkcionalitást mutatnak. Ezek az érrendszeri tulajdonságok betekintést nyújthatnak a daganat agresszivitásához és sugárérzékenységébe. A dinamikus számítógépes tomográfia (CT) kimutatta, hogy a perfúziós mérések előre jelezhetik a fej-nyaki rák kimenetelét sugárkezelés után. Hasonlóképpen, a DCE-MRI kvantitatív értékelése is korrelációt mutatott a HNSCC-ben szenvedő betegek ionizáló sugárzásra adott válaszával. Egy közelmúltban, korlátozott számú betegen végzett kísérletben bizonyos DCE-MRI paramétereket korrelált az intratumorális hipoxiával. Térbeli korrelációt azonban eddig nem végeztek.

TANULMÁNYI CÉLKITŰZÉSEK

2.1. ELSŐDLEGES CÉLKITŰZÉSEK

Ennek a vizsgálatnak a fő célja a DWI, DCE-MRI és FDG-PET korrelációja a hypoxia térbeli eloszlásával fej-nyaki daganatos betegekben.

2.2. MÁSODLAGOS CÉLKITŰZÉSEK

A. A funkcionális képalkotás eredményeinek korrelációja a proliferációt, hipoxiát és glükóz metabolizmust leíró belső molekuláris paraméterekkel.

B. A hypoxia markerek és a 15 génből álló hypoxia gén expressziós osztályozó alkalmazásának validálása.

C. Összehasonlítani a patológiából származó tumor térfogatát a különböző anatómiai és funkcionális képalkotó módszereken meghatározott térfogatokkal.

DIZÁJNT TANULNI

A vizsgálat célcsoportja szövettanilag igazolt, T3-4 stádiumú gégelaphámrákos, műtétre alkalmas betegek. A kezelés előtt a betegeket FDG-PET/CT és MRI vizsgálatnak vetik alá DW-vel és DCE-vel, amelyek célja az elsődleges daganat optimális megjelenítése és elemzése. A képalkotó módszereket a műtéthez a lehető legközelebb kell elvégezni (PET/CT egy héttel a műtét előtt; MRI egy nappal a műtét előtt).

A kezelés előtt a képalkotó módszerek három szeletét a radiológus választja ki a vizuális minőség és a funkcionális paraméterek heterogenitása alapján. Ezeket az érdeklődésre számot tartó területeket összehasonlítjuk a reszekciós minta különböző kórszövettani paramétereivel. A radiológus a DWI és DCE paraméterek alapján kiválasztja azokat a régiókat is, amelyeknél feltételezhető, hogy hipoxiásak. Ezekből a régiókból biopsziát vesznek.

A teljes gégeeltávolítás után a reszekciós mintát orientálják, és biopsziás anyagot vesznek a daganat azon régióiból, amelyeket a képalkotó módszerekkel kiválasztottak. A minta többi részét formaldehidben rögzítik. A daganat rögzítés miatti zsugorodásának figyelembevétele érdekében a reszekciós mintát agaróz oldattal ellátott kartondobozba helyezzük, és MRI-vel leolvassuk T1w/T2 képekkel. Ebből egy zsugorodási tényezőt számítanak ki, összehasonlítva a körvonalazott T1 és T2 súlyozott képeket.

Rögzítés után a daganatot körülbelül 5 mm vastag makroszeletekre vágják. Minden makroszeleten körvonalazódik a tumor térfogata. Ennek segítségével a korábban meghatározott zsugorodási tényező figyelembevételével meghatározzuk a kóros daganat térfogatát. Ezt a kóros térfogatot összehasonlítjuk a képalkotó módszereken meghatározott tumortérfogattal. A különböző műtét előtti funkcionális képalkotó módokon 4 különálló megfigyelő határozza meg a GTV-t. A különböző térfogatok összehasonlítása és az átfedés kiszámítása a 3D minta-rekonstrukció és -regisztráció után történik.

A funkcionális képalkotásból kapott GTV korrelál a reszekciós minta patológiás tumor térfogatával. Ez az információ további betekintést nyújt a vizsgált funkcionális képalkotó technikák valódi erejébe a tumor térfogatának meghatározásában. Ez azért fontos, hogy felmérjük a funkcionális képalkotó módszerek szerepét a kezelés tervezésében a jövőben.

A radiológus által a képalkotó módszerek alapján kiválasztott három szinten 4 µm vastag szeleteket készítenek. Minden szinten immunhisztokémiai festést végeznek (GLUT-1, CA-IX, HIF-1α, VEGF és KI 67 festés történik).

Az IHC-t szemikvantitatív pontozási rendszer szerint értékelik terepi analízis segítségével, ahol minden mezőhöz 1-4 pontot rendelnek az immunfestés hozzávetőleges területe szerint (0:0%, 1:1-5%, 2:5-). 15%, 3: 15-30% és 4: >30%.